如果把太陽、木星和地球縮小為直徑3釐米的球體,是固態還是氣態

2020-12-05 星辰大海路上的種花家

如果把太陽、木星和地球縮小為直徑3釐米的球體,那摸起來是固態還是氣態?

太陽是一顆G型光譜的黃矮星,木星是一顆巨型氣態行星,而地球則是迄今為止宇宙中唯一的生命星球,假如將它們都壓縮成3釐米直徑的球體,會變成什麼樣呢?

一、什麼特性決定了天體的性質?

上述三個天體:太陽、木星與地球,包含了天體誕生時候的三個主要發展可能,太陽是恆星,木星是氣態行星,而地球則是巖石質行星,那麼是天體的什麼特性決定了天體的未來的發展方向呢?

質量是決定天體性質的唯一標準

無論是恆星還是氣態行星或者巖石質行星,其誕生時無一例外都是巖石質天體,但在其發展過程中有幾個階段:

1、巖石質天體階段

這個階段三種天體的起點,因為天體的發展需要一個質心!在太空微重力條件下,一顆小行星天體即可成為某個天體的核心,只要星際物質比如其他小行星等密度夠高,那麼這個天體就會逐漸成長,慢慢成長為一顆行星!

行星的標準:能夠清理自身軌道,冥王星不行附近的柯伊伯帶,它無法自行清理,因此它被剔除出了行星行列!

為什麼土星的光環中小行星密度那麼高,不能形成行星?因為這個位置在土星的洛希極限內,天體會被土星的潮汐引力撕碎,最終慢慢掉入土星,土星光環可能會在數億年-十億年後消失!

2、氣態行星階段

當巖石質天體的質量增加方式有幾種,主要方式有引力捕獲與碰撞,前者需要質量扭曲的梯度空間來背書,而後者不需要,因此巖石質天體的門檻是很低的!但氣態行星只有一條路,引力捕獲氣體,這需要天體的質量增加到一定程度以上!

上圖是氫分子與氧分子在27℃時的平均運動速度,大家肯定會發現這速度遠小於地球的逃逸速度11.2KM/S,它們會留在地球上?氫分子不會,而氧分子會,因為密度比較小的氫分子會達到大氣高層,在陽光和高能粒子的轟擊下,很輕鬆就會脫離地球引力的舒服而逃逸,但氧分子相對密度比較大,留在大氣低層,非常不容易被轟擊逃離!

但當行星質量產生的逃逸速度遠超氫分子的熱運動逃逸速度後,這些氣體就老老實實的呆在行星表面了,而此時大量增加的物質與氣體又會賦予行星更大的逃逸速度,未來的走向就是氣態行星!因為誕生恆星系的氣體雲中氫元素豐度比任何一種元素都要高!

3、恆星階段

隨著行星質量的增加,其內核的引力坍縮能加熱機制會讓內核溫度急劇升高,當達到氫元素聚變所需要的溫度與壓力時,恆星即開始誕生!

從三種氣體的形成過程來看,氣態行星是一個關鍵的過渡階段,如果此時有足夠的星雲物質,那麼木星也許有可能成長為太陽系中第二顆恆星,也許會太陽形成伴星,但此時行星會受到兩顆太陽光的輻射,也許很難誕生生命!

二、決定天體性質的另一個要素:密度

很多恆星的質量都遠超黑洞,為什麼它們沒有坍縮為黑洞?因為在內核聚變處存在向外的輻射壓,這個輻射壓是平衡恆星的關鍵要素,如果一顆恆星超過愛丁頓極限,那麼其輻射壓超強,超強的恆星風會導致恆星物質大量流失!但如果恆星失去輻射壓,那麼內核將在沒有輻射壓支撐的條件下坍縮為白矮星、中子星甚至黑洞,而三者的唯一標準仍然是質量!

為什麼還說決定天體的另一個要素是密度?因為我們要討論的問題是將三個天體壓縮為3CM直徑的小球球時它們的特性,此時就需要密度來形容他們的特性,因為這些天體除了太陽外都不能自行坍縮!

1、以太陽的標準只能坍縮到白矮星,但很明顯3CM遠小於太陽白矮星的直徑,那麼它夠標準黑洞嗎?

將各參數代入上述史瓦希半徑計算公式,計算得太陽如果要坍縮為黑洞的話其質量不變,半徑需要壓縮到2.95千米以內!3CM直徑已經遠小於史瓦希半徑,因此3CM的太陽是一個黑洞!

2、木星也可以參考太陽的方式計算下,其史瓦希半徑為2.82M,即當木星被壓縮到2.82M半徑以下時,木星將直接坍縮為黑洞,因此3CM的木星也是一個黑洞!

3、地球的史瓦希半徑為0.00885M,也就是8.85毫米,3CM=30MM,大約是坍縮為黑洞直徑的2倍少一點,因此此時的地球是一顆中子星狀態物質!

當三個天體壓縮為3CM時,太陽與木星都無可避免地成為了黑洞,而地球成為中子星,前者已經不能氣態或者固態來形容,因為它是一個沒尺寸的點,對外唯一的表現形式是引力!而中子星仍然屬於固態,至少在表面是這樣!

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    太陽的質量佔到整個太陽系質量的99.8%,而木星質量超過太陽系中其他八顆行星質量的總和。與其他巨行星一樣,木星沒有固態的表面,而是覆蓋著966公裡厚的雲層。通過望遠鏡觀測,這些雲層就象是木星上的一條條絢麗的彩帶。木星是一個巨大的氣態行星。最外層是一層主要由分子氫構成的濃厚大氣。隨著深度的增加,氫逐漸轉變為液態。
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    在太陽系八大行星內,我們的地球是一顆巖石星球,但在太陽系內還有另一種形態的行星,比如木星,土星、天王星、海王星就屬於氣態行星,而其中的木星是太陽系中體積最大的行星,所以長久以來都吸引著人們的關注。木星是距離地球最近的氣態行星,而且在天文學方面,我們人類其實對木星的觀測很久之前就開始。
  • 木星和水星都是氣態的,表面不存在陸地嗎?探測器是如何著入的?
    木星和水星都是氣態的,表面不存在陸地嗎?探測器是如何著入的?地球是作為八大行星中的其中的一顆。當然並不是所有的行星的行程都跟地球的行程相同。就像木星和土星這兩顆行星,他們作為氣態行星整個球體都是氣體的,根本不存在陸地。中間只有一個固定的核心。
  • 木星一直被認為是氣態行星,但是真踏入那裡完全是一片氫氣汪洋
    根據木星的質量和體 積很快可以算出它的平均 密度是1.33克/釐米3,只是水密度的1.33倍,甚至比太陽(1.41克/釐米3)還小。顯然,如果木 星也像地球那樣,最輕的殼層密度有3.3克/釐米3,那除非木星是一個 空心球!
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    導語:太陽是個大火球,終有一天會熄滅。所以,當太陽熄滅的時候,地球該怎麼辦?會被太陽一口吞掉?還是早在太陽熄滅之前就自行消亡?考慮的因素太多就不好玩了,而且,所有的觀測都是推測,未來的真實樣子誰也說不準。所以,拋開紅巨星的理論,拋開地球壽命的限制,我們單純想像一下太陽有一天熄滅了,地球怎麼辦吧。
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    但是我們不要忘了,地球到太陽的平均距離有1.496億公裡。金星和地球差不多大,到地球最近距離只有日地距離的27%,但是從地球上看也只是一顆星星而已。然而太陽隔著這麼遠的距離還這麼大,從直覺上就說明太陽一定很大。科學家告訴我們太陽的直徑是139.2萬公裡。太陽的直徑是地球的109倍,體積是地球的130萬倍,質量是地球的33萬倍。